JP2012064476A

JP2012064476A - 照明装置

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Publication number: JP2012064476A
Application number: JP2010208546A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takahashi; 高橋　　健; Osamu Ono; 修小野; Shuzo Matsuda; 秀三松田; Nobuo Kawamura; 信雄川村; Shusuke Morita; 修介森田; Masahiro Yokota; 昌広横田; Koji Nishimura; 孝司西村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-03-29
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: WO2012035799A1; JP5532329B2

Abstract

【課題】色調や輝度を制御調整することができるとともに、光取出し効率の向上した照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、放射面と、放射面に対向して配置された少なくとも１つの光源１６と、放射面と光源との間に光源から離間して配置され、光源からの光により励起される蛍光体をパターニングした蛍光体層２４と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、光源と、光源から光の波長を変換する蛍光体とを備えた照明装置に関する。

ＬＥＤ光源と蛍光体とを組み合わせて所望の白色光を得る照明装置が提案されている。発熱源であるＬＥＤ光源と蛍光体を離間して配置することは、温度消光などの蛍光体の劣化を避ける点で発光効率改善に効果がある。一方、蛍光体は屈折率が高く、散乱粒子としても作用する。そのため、蛍光体がＬＥＤ光源近傍に設けられていると、蛍光体はＬＥＤから出た光を散乱してＬＥＤに戻してしまい、効率損失も引き起こす。これらより、従来からＬＥＤ光源と蛍光体を離間して配置する技術が検討されている。

短波長ＬＥＤから放出される光を、ＬＥＤから離れた場所に配置した蛍光体により長波長に一部変換し、白色光を放出する面状照明装置が提案されている。

また、ＬＥＤから離れた場所に、長波長に変換する蛍光体層を２層配置し、より長波長側の蛍光体層を短波長光源側に配置することで、蛍光体間での不要な変換を防いだ面状照明装置が提案されている。更に、短波長光源を囲む電球のグローブ内面に長波長蛍光体を塗布し、白色光を放出する電球照明装置が提案されている。

特許第３１１４８０５号公報特許第３１７５７３９号公報特許第４１０７０５７号公報特開２００５−５５４６号公報

しかしながら、従来の技術では、蛍光体をＬＥＤ光源から離して配置することは出来ても、色調や輝度の分布までを調整することは難しかった。また、外部からの光により蛍光体層が色変換をしてしまい、非点灯時の照明装置の出射面に固有の物体色が付いてしまっていた。

この発明は以上の点を鑑みなされたもので、その目的は、色調や輝度を制御調整することができるとともに、光取出し効率の向上した照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、放射面と、前記放射面に対向して配置された少なくとも１つの光源と、前記放射面と光源との間に前記光源から離間して配設され、前記光源からの光により励起される蛍光体をパターニングした蛍光体層と、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図２は、前記照明装置の光学部材を示す平面図。図３は、第２の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図４は、第３の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図５は、第４の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図６は、第５の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図７は、第６の実施形態に係る照明装置を示す断面図。図８は、第７の実施形態に係る照明装置を示す断面図。

以下、図面を参照しながら種々の実施形態について、詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１および図２は、第１の実施形態に係る照明装置を示している。図１に示すように、照明装置１０は、裏面側に配置された例えば矩形状の回路基板１２と、回路基板１２上に設けられた少なくとも１つの光源、例えば、ＬＥＤチップ１６と、回路基板７の上面に形成された下面反射板１４と、ＬＥＤチップ１６を覆う蛍光体を含まない透明保護層１８と、ＬＥＤチップ１６上に間隔を置いて下面反射板１４と平行に配置された矩形状の拡散板２６と、回路基板１２と拡散板２６との間に配置された図示しない矩形枠状の側壁と、ＬＥＤチップ１６と拡散板２６との間に配設され、ＬＥＤチップ１６と隙間をおいて対向するシート状の光学部材２０と、を備えている。拡散板２６の外面は、照明装置１０の出射面を構成している。

図１および図２に示すように、光学部材２０は、例えば、矩形状の透明シート２２と、透明シート２２の拡散板１３側の表面上に形成された反射層２８と、透明シート２２のＬＥＤチップ１６側の表面上に形成された、すなわち、反射層２８よりも入光側にパターン形成された蛍光体層２４と、を有している。

蛍光体層２４は、透明シート２２上にドットあるいはストライプパターンで形成され、例えば緑発光層２４ａ、赤発光層２４ｂのように発光色ごとに別々に配置されている。緑発光層２４ａ、赤発光層２４ｂは、例えば、矩形状に形成され、また、種々の異なる寸法に形成されている。そして、緑発光層２４ａ、赤発光層２４ｂは、所定のパターンで、互いに隙間をおいて、配列されている。

反射層２８は、透明シート２２の上面側に、蛍光体層２４のパターン開口部と対応するパターンで形成され、蛍光体層２４のパターン開口部を埋めるように配置されている。反射層２８は、蛍光体層２４が無く透明シート２２のみの領域にも開口部２８ａを設けてある。

例えば、青発光ＬＥＤチップと蛍光体層との組み合わせで白色照明を得る場合、ＬＥＤチップ１６から透明シート２２に入光する光の分布にはムラが生じ、ＬＥＤチップの配光分布がランバート分布であると仮定するとＬＥＤチップ直上部が最も光量が多く、ＬＥＤチップ直上部から離れるにつれ入光量も少なくなる。また、透明シート２２に形成する蛍光体層２４の厚さや蛍光体濃度を位置に応じて分布を持たせることは難しい。これらの問題を改善するため、本実施形態の照明装置では、蛍光体層２４を印刷でパターン形成している。蛍光体層２４は、ＬＥＤチップ１６直上部では蛍光体層２４の占有面積が小さく、ＬＥＤチップ１６から離れるほど、蛍光体層２４の占有面積が大きくするようなパターンで形成され、また、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように反射層２８を印刷形成している。

上記のように構成された照明装置１０によれば、ＬＥＤチップ１６から放出される短波長の光を、ＬＥＤチップから離れた位置に配置された蛍光体層２４により長波長に一部変換し、出射面から白色光を放出することができる。蛍光体層２４と反射層２８の開口分布を上記のようなパターンで制御することにより、ＬＥＤチップ１６真上の強い輝度を緩和し、出射面全体で均一な輝度にすることができる。また、反射層２８は外部からの照明装置１０に入光する光線を反射するため（図１の実線矢印）、蛍光体層２４による外光変換で生じる色味の発生を緩和することができる。

ＬＥＤチップ１６直上部では蛍光体層２４を透過する光は垂直方向が主である一方、ＬＥＤチップ直上から離れた中間部では、蛍光体層２４を透過する光は斜め方向が主となる。そのため、ＬＥＤ透過光が透過する蛍光体層２４の実効的な厚みに差が発生し、ＬＥＤチップ真上部ではＬＥＤ光源波長成分が強く、中間部では蛍光体発光波長成分が強い発光波長分布となる。これにより出射面には場所により色調がずれる色度ムラが発生してしまう。これらを改善するために、本実施形態では、反射層２８の開口パターンを調整し、光学部材２０の中間部では蛍光体層２４を透過しない箇所にも反射層２８に開口部２８ａを設けている。これにより、中間部におけるＬＥＤ光源波長成分を補償することができる。
以上のことから、色調や輝度を制御調整することができるとともに、光取出し効率の向上した照明装置を提供することができる。

上述した実施形態では、蛍光体層および反射層は印刷プロセスを用いて形成したが、これに限らず、ディスペンサ、インクジェット、フォトリソグラフィー等の別手段を用いて形成してもよく、また、樹脂と蛍光体を混ぜ合わせて形成したシートに穴や凸凹を施したもので蛍光体層を形成してもよい。

また、蛍光体層および反射層のパターン形成による光学効果は、均一輝度に限るものではなく、輝度分布、色調を面上の場所により変化させてもよい。

また、本実施例ではＬＥＤ１６の光をそのまま放射面に放出するために反射層２８に透明シート２２がむき出しとなる開口を設けたが、ＬＥＤ１６の光を蛍光体層２４からの光と同じような配光分布をもって放射面に出させるために蛍光体層と同程度の拡散性を持つ色変換機能の無い拡散部材を同開口部にパターン形成してもよい。この場合、ＬＥＤ１６の光も蛍光体層２４からの光も同様の配光分布を持つことになり、視野角による色付きを防止することができる。

本実施例では光源が放射面に対向して配置されているが、光源と放射面の配置は特に限定するものではなく、たとえば放射面の側面に光源が配置されていてもよい。この場合、光源から遠くなるにつれて蛍光体の占有面積が増えるように蛍光体層を構成することが望ましいことは本実施例と変わらない。

次に、第２の実施形態に係る照明装置について説明する。
図３は、第２の実施形態に係る照明装置を示している。第２の実施形態によれば、ＬＥＤチップ１６を保護する透明保護層１８にプリズム機能を付与して、ＬＥＤチップ１６が放出する光の配光分布を面状の蛍光体層２４に対して照度均一となるように構成している。光学部材２０において、蛍光体層２４および反射層２８は、透明シート２２の同一表面上、ここでは、ＬＥＤチップ１６と対向する表面上に形成されている。蛍光体層２４は第１の実施形態と同様に、ＬＥＤチップ１６直上部では蛍光体層２４の占有面積が小さく、ＬＥＤチップ１６から離れるほど、蛍光体層２４の占有面積が大きくするようなパターンで形成されている。反射層２８は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、透明シート２２上にパターン形成されている。

第２の実施形態において、照明装置１０の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

ＬＥＤチップを保護する保護層１８は本来透明であり、レンズやプリズムとしてＬＥＤから出射する光の向きを制御することが可能である。本実施形態によれば、蛍光体層が保護層１８と離間しているため、保護部材をレンズあるいはプリズムとして使用することが出来る。

第２の実施形態によれば、ＬＥＤチップが蛍光体層に照射する照度分布が均一となり、蛍光体の占有比率が面状で均一化され、反射層も同様に均一分布とすることができる。これにより、ＬＥＤ配列に起因する輝度ムラの発生を抑制することができる。その他、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第３の実施形態に係る照明装置について説明する。
図４は、第３の実施形態に係る照明装置を示している。第３の実施形態によれば、光学部材２０は、パターン化されていないシート状の蛍光体層２４と、蛍光体層の拡散板２６側にパターン形成された反射層２８と、を有している。ここでは、蛍光体層２４を樹脂と蛍光体を混ぜ合わせてシート状に形成したものを図示したが、透明シートの全面に蛍光体を塗布した積層構成としてもよい。

第３の実施形態において、照明装置１０の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

第３の実施形態によれば、外部から入ってくる光を反射層５で反射し、外部光による蛍光体層２４の色変換を緩和することが出来る。また、ＬＥＤチップ１６真上の強い光を反射層５によって遮蔽緩和し、出射面の輝度を均一化する効果に得られる。その他、第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、第４の実施形態に係る照明装置について説明する。

図５は、第４の実施形態に係る照明装置を示している。第４の実施形態において、照明装置１０は、前述した第１の実施形態で反射層２８を削除した構成を有している。反射層が無い構成においても、蛍光体層２４をパターニングすることにより外光（実線矢印）を反射する蛍光体面積が軽減するため、外光変換で生じる色味の変化を緩和することができる。その他の構成および効果は、前述の第１の実施形態と同一である。

次に、第５の実施形態に係る照明装置について説明する。
図６は、第５の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態によれば、照明装置は、平坦な回路基板１２と、この回路基板１２の上面に形成された下面反射板１４と、回路基板１２上に配設された１つまたは複数のＬＥＤチップ（点光源）１６と、点光源１６を保護する透明保護層１８と、ＬＥＤチップ１６の光取り出し側に配設され点光源１６および下面反射板１４を覆う、例えば、ドーム状のグローブ、すなわち、外囲器３０と、ＬＥＤチップ１６と外囲器３０との間に配置された光学部材２０と、回路基板１２の下面側に設けられた放熱部と、電球口金３２と、を備えている。外囲器６は、ガラス等の透明あるいは半透明の材料で形成され、外囲器３０の外面は照明装置の出射面を構成している。

光学部材２０は、例えば、半球状に形成された透明シート２２と、透明シートの点光源１６側の内面にパターン形成された蛍光体層２４と、透明シートの外面にパターン形成された反射層２８と、を有している。反射層２８は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、透明シート２２上にパターン形成されている。光学部材２０は、下面反射板１４上に配置され、ＬＥＤチップ１６を覆っている。

上記構成の第４の実施形態によれば、散乱の大きい蛍光体層２４をＬＥＤチップ１６から離してドーム状に配置することで、ＬＥＤチップからの光が散乱してＬＥＤチップ１６に戻る光損失を抑制するとともに、照明装置の配光を従来の白熱電球と同等程度に拡大させることができる。また、外部から入光する光を反射層２８で反射することにより、外光による蛍光体層が変換することで生じる色味を緩和することができる。また、透明シート２２の形状を変えることで様々な配光や光学効果を付与することができる。

図７は、第６の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態では、蛍光体層２４は、樹脂と蛍光体を混合した独立のシートで形成され、これとは別に透明シート２２上に反射層２８を形成し、両者を重ねた構成としている。照明装置の他の構成は、前述した第５の実施形態と同一である。このような構成でも前述の実施形態と同様の機能を発揮することができる。

図８は、第７の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態によれば、光学部材を構成する蛍光体層２４および反射層２８は、外囲器３０の内面に直接、形成され、ＬＥＤチップ１６と対向している。蛍光体層２４はパターン形成され、反射層２８は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、外囲器３０内面上にパターン形成されている。照明装置の他の構成は、前述した第４の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施形態によれば、照明装置の配光を従来の白熱電球と同等程度に拡大させることができるとともに、透明シートを省略することにより、部品点数の削減および製造コストの低減を図ることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、光学部材は、反射層を省略し、蛍光体層のみで構成してもよい。この場合でも、蛍光体層のパターンを調整することにより、輝度分布および色調の制御を行うことができる。

１２…回路基板、１４…下面反射板、１６…ＬＥＤチップ、１８…透明保護層、
２２…透明シート、２４…蛍光体層、２６…拡散板、２８…反射層、
３０…グローブ、３２…電球口金、

Claims

放射面と、
前記放射面に対向して配置された少なくとも１つの光源と、
前記放射面と光源との間に前記光源から離間して配設され、前記光源からの光により励起される蛍光体をパターニングした蛍光体層と、を備える照明装置。
前記蛍光体層の放射面側に、前記放射面側から入光する外光を反射する反射層と、を備えている請求項１に記載の照明装置。
前記蛍光体層は、複数個所に分離してパターン形成されてパターン開口部を有し、前記反射層は、複数の開口部を有し、これらの開口部が前記蛍光体層と対向している請求項２に記載の照明装置。
前記蛍光体層および反射層の開口パターンは、前記光源との相対位置で規定される開口率分布で制御されている請求項３に記載の照明装置。
前記光源に対向して設けられた厚さ０．１ｍｍから１．０ｍｍの成型シートを備え、前記蛍光体層および反射層は、前記成型シート上に形成されている請求項２ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記光源を覆っているとともに前記放射面を形成するドーム状の外囲器を備え、
前記蛍光体層および反射層は、前記外囲器の内面上に形成されている請求項２ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
前記光源はＬＥＤであり、前記ＬＥＤを覆う透明な保護層を備え、前記保護層は、レンズあるいはプリズムとして作用する界面を有している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。